(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定周期のパルス信号を外部へ出力する出力端子と、
前記出力端子の基準電位を規定する基準電位端子と、
前記出力端子と前記基準電位端子との間に設けられた電圧検出部と、を備え、
前記出力端子と前記基準電位端子との間に外部機器および外部のセンサが並列または直列に接続され、
前記出力端子から出力レベルが第一レベルと該第一レベルよりも低い第二レベルの間で変化するパルス信号を出力するとともに、該パルス信号のＤｕｔｙを変化させて前記外部機器を駆動し、
前記パルス信号の出力レベルが前記第二レベルとなる期間内に、前記電圧検出部により検出される電圧より得られる、センシング状態に応じて変化する前記センサ両端の電圧に基づいて保護動作を行うことを特徴とするインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、インバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ装置は単体または複数台で上位の制御装置に組み込まれて用いられる。この場合、一般にインバータ装置は、上位の制御装置またはユーザに対してインバータ装置の動作状態やモータなど負荷の運転状態を伝達するための出力端子と、インバータ装置に指令やセンサ信号を入力するための入力端子とを備えている。このようなインバータ装置は、出力端子に接続された外部の表示機器、例えば電流計や電圧計などを駆動し、これら表示機器に出力電流や出力周波数を表示する。
【０００３】
また、多くのモータでは、モータの温度を検出する機器としてサーミスタが取り付けられている。そして、一般にインバータ装置は、サーミスタを接続するための入力端子を備えており、サーミスタの抵抗値に基づいて検出されるモータの温度がある一定の閾値を超えると、出力を停止してモータの過熱保護を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０１８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方で、インバータ装置は、省スペース化の要望によって小型化が進んでおり、それに伴い入力端子や出力端子などの数を削減しなければならない状況にある。この場合、切替スイッチを使用して端子の機能を切り替えて端子数を減らすことは容易である。しかし、単純に端子数を削減することは、同時に使用できる機器の数を減らしてしまうことになる。また、切替スイッチを設けることは、インバータ装置のコストアップにつながり、さらに、切替スイッチの設置スペースがインバータ装置の小型化の妨げともなる。
【０００６】
そこで、共通の端子に複数の機器を同時に接続した状態で使用でき、端子の数を削減して小型化を図ったインバータ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態のインバータ装置は、一定周期のパルス信号を外部へ出力する出力端子と、前記出力端子の基準電位を規定する基準電位端子と、前記出力端子と前記基準電位端子との間に設けられた電圧検出部と、を備える。前記出力端子と前記基準電位端子との間に外部機器および外部のセンサが並列または直列に接続され、前記出力端子から出力レベルが第一レベルと該第一レベルよりも低い第二レベルの間で変化するパルス信号を出力するとともに、該パルス信号のＤｕｔｙを変化させて前記外部機器を駆動する。前記パルス信号の出力レベルが前記第二レベルとなる期間内に、前記電圧検出部により検出される電圧より得られる、センシング状態に応じて変化する前記センサ両端の電圧に基づいて保護動作を行う。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第一実施形態を示すインバータ装置の構成図
【図２】パルス信号出力回路から出力されるパルス信号を示す図
【図３】制御内容を示すフローチャート
【図４】第二実施形態を示す図１相当図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第一実施形態）
以下、第一実施形態について図１から図３を参照して説明する。
図１に示すように、インバータ装置１０は、インバータ主回路１１、および信号処理手段としてのマイクロコンピュータ１２（以下、マイコン１２と称す）などを備えている。インバータ主回路１１は、マイコン１２の制御によりスイッチング動作して直流電源を交流に変換し、交流電流を外部へ出力してモータなどの負荷を駆動する。
【００１０】
また、インバータ装置１０は、上位の制御装置またはユーザ即ち外部に対してインバータ装置１０の動作状態または負荷例えばモータの運転状態を知らせるため、ディジタルおよびアナログの出力端子とディジタルおよびアナログの出力回路を備えている。また、インバータ装置１０への指令を外部から入力するため、ディジタルおよびアナログの入力端子とディジタルおよびアナログの入力回路を備えている。
【００１１】
具体的には、図１に示すように、インバータ装置１０は、パルス信号出力回路１３、出力端子１４、基準電位端子１５などを１組または複数組備えている。パルス信号出力回路１３は、パルス信号生成回路１３１および出力抵抗１３２などから構成されている。パルス信号生成回路１３１は、例えばＤ／Ａ変換器などで構成され、マイコン１２からの出力指令を受けて出力レベルが可変の電圧パルス信号を一定周期で生成する。パルス信号生成回路１３１で生成された電圧パルス信号は、出力抵抗１３２で電流変換されてパルス信号出力回路１３から出力される。このように、パルス信号出力回路１３は、一定周期のパルス信号を電流変換して出力する。
出力端子１４は、パルス信号出力回路１３から出力されたパルス信号をインバータ装置１０外部へ出力する制御端子である。基準電位端子１５は、パルス信号出力回路１３および出力端子１４の基準電位、即ちグランド電位を規定する端子である。
【００１２】
インバータ装置１０外部において、出力端子１４および基準電位端子１５の間には、外部機器としての例えば電圧計１６と、センサとしてのサーミスタ１７とが並列に接続されている。この場合、出力端子１４は、アナログ出力端子およびサーミスタ入力端子として機能している。電圧計１６は、パルス信号出力回路１３から出力されるパルス信号が入力されて、インバータ主回路１１がモータなどへ出力する電圧や周波数などを表示する。サーミスタ１７は、温度センサを構成するＰＴＣサーミスタであり、図示しないモータに組込まれている。この場合、サーミスタ１７の抵抗値は、モータの温度変化つまりセンシング状態に応じて変化する。
【００１３】
また、インバータ装置１０は、電圧検出部１８、Ａ／Ｄ変換器１９などを備えている。電圧検出部１８は、出力端子１４および基準電位端子１５の間に設けられている。この電圧検出部１８は、二個の分圧抵抗１８１、１８２から構成されており、分圧抵抗１８１、１８２の共通接続点はＡ／Ｄ変換器１９の入力端子に接続されている。本実施形態の場合、Ａ／Ｄ変換器１９には、例えば０−５Ｖの電圧が入力可能となっている。
【００１４】
ここで、サーミスタ１７に対して、出力端子１４からの電流つまりパルス信号出力回路１３からのパルス信号が入力されると、サーミスタ１７の両端、即ち出力端子１４および基準電位端子１５の間にサーミスタ１７の抵抗値に応じた電圧が生じる。その電圧は、電圧検出部１８の分圧抵抗１８１、１８２で分圧され、Ａ／Ｄ変換器１９によって基準電位端子１５の電位を基準としたディジタル出力値に変換されてマイコン１２へ入力される。このようにインバータ装置１０は、図示しないモータの温度変化によって変化するサーミスタ１７両端の電圧を検出する。
【００１５】
また、マイコン１２には、不揮発性記憶装置２０および操作パネル２１が接続されている。不揮発性記憶装置２０は、例えばＥＥＰＲＯＭなどで構成されて、検出対象となるセンサの特性データ例えばＰＴＣサーミスタ１７の温度−抵抗特性のテーブルや、Ａ／Ｄ変換器１９の入力範囲などが記憶されている。また、操作パネル２１は、詳細は図示しないが、液晶ディスプレイやブザーなどの報知部およびタッチパネルやボタンなどの入力部から構成されている。
【００１６】
ここで、出力抵抗１３２の抵抗値をＲｃ、分圧抵抗１８１の抵抗値をＲａ、分圧抵抗１８２の抵抗値をＲｂ、サーミスタ１７の抵抗値をＲtとして、パルス信号生成回路１３１から出力されるパルス信号の電圧をＶ０、Ａ／Ｄ変換器１９の入力電圧つまり電圧検出部１８で検出される検出電圧をＶ１とする。この場合、基準電位端子１５を基準とした出力端子１４の電圧つまりサーミスタ１７両端の電圧Ｖｔは（１）式となる。
【数１】
0005801597.tif 000002
【００１７】
また、電圧検出部１８で検出される検出電圧Ｖ１即ちＡ／Ｄ変換器１９の入力電圧Ｖ１は（２）式となる。
【数２】
0005801597.tif 000003
【００１８】
これら（１）式および（２）式から、パルス信号生成回路１３１で生成されるパルス信号の電圧Ｖ０と電圧検出部１８で検出される検出電圧Ｖ１の関係を示す以下の（３）式が導出される。
【数３】
0005801597.tif 000004
【００１９】
ここで、出力抵抗１３２の抵抗値Ｒｃ、分圧抵抗１８１の抵抗値Ｒａ、および分圧抵抗１８２の抵抗値Ｒｂは既知の一定値である。このため、（３）式によると、電圧検出部１８で検出される検出電圧Ｖ１は、パルス信号の電圧Ｖ０に対してサーミスタ１７の抵抗値Ｒtの変化が反映された値となる。
【００２０】
次に、パルス信号出力回路１３について説明する。パルス信号生成回路１３１は、図２に示すように、電圧Ｖ０の出力レベルが第一レベルＬ１と、この第一レベルＬ１よりも低い第二レベルＬ２との間で変化する周期Ｔの電圧パルス信号を生成する。つまり、パルス信号の電圧Ｖ０は、第一レベルＬ１および第二レベルＬ２の間で、一定周期で交互に切替わる。また、このパルス信号のＤｕｔｙは０−１００％の間で変更可能となっている。
【００２１】
パルス信号生成回路１３１で生成された電圧パルス信号は、出力抵抗１３２で電流変換されて、出力端子１４からインバータ装置１０外部へ出力される。このとき、一対の端子つまり出力端子１４および基準電位端子１５に接続された電圧計１６およびサーミスタ１７は、出力端子１４から出力されるパルス信号により駆動および抵抗値Ｒtの検出がされる。
【００２２】
具体的には、まず電圧計１６の駆動について説明すると、マイコン１２は、インバータ主回路１１が図示しないモータへ出力する電流値に応じて、パルス信号出力回路１３から出力するパルス信号のＤｕｔｙを変化させる。電圧計１６は、第一レベルＬ１および第二レベルＬ２を夫々ハイ・ローの二値レベルとするパルス信号のＤｕｔｙに応じた電圧値を表示する。例えば、電圧計１６の表示範囲が０−１０Ｖである場合、パルス信号のＤｕｔｙが０％であり、電圧Ｖ０が第二レベルＬ２で一定となるときに、第二レベルＬ２として設定されたそのままの値を電圧計１６が表示するように設定する。この場合、第二レベルＬ２が２Ｖに設定されていれば、電圧計１６は、Ｄｕｔｙが０％のときに２Ｖを表示し、Ｄｕｔｙが１００％のときに１０Ｖを表示する。また、Ｄｕｔｙが５０％のときに６Ｖを表示する。このように、マイコン１２は、パルス信号のＤｕｔｙを変化させることで電圧計１６を駆動する。
【００２３】
これに対し、サーミスタ１７の抵抗値Ｒtの検出について説明すると、マイコン１２は、パルス信号出力回路１３への出力指令に同期してパルス信号の出力Ｖ０即ち出力レベルが第二レベルＬ２となる期間内に、Ａ／Ｄ変換器１９を介して電圧検出部１８で検出される検出電圧Ｖ１を読み込む。このように、マイコン１２は、ＰＴＣサーミスタ１７のセンシング状態に応じて変化するＰＴＣサーミスタ１７両端の電圧Ｖｔを、電圧検出部１８で分圧された検出電圧Ｖ１として検出する。そして。マイコン１２は、この検出電圧Ｖ１に基づいて過熱保護動作を行う。
【００２４】
なお、パルス信号の周期Ｔつまりパルス幅は、マイコン１２の性能やパルス信号出力回路１３の時定数によって決定され、本実施形態では、最小値は２５０ｎsecとしている。また、パルス信号の電圧Ｖ０の第二レベルＬ２は、マイコン１２およびＡ／Ｄ変換器１９の分解能によって決定される。例えば、マイコン１２およびＡ／Ｄ変換器１９の分解能が５ｍＶである場合、第二レベルＬ２は５ｍＶ以上であることが必要である。
【００２５】
次に、マイコン１２の制御内容について図３を参照しながら説明する。
まず、ステップＳ１において、ユーザは、操作パネル２１の入力部を操作し、制御パラメータとして、パルス信号の電圧Ｖ０の第一レベルＬ１および参照抵抗値ＲrefＨを設定する。この場合、第一レベルＬ１として、出力端子１４に接続された電圧計１６の仕様に応じた該電圧計１６の最大入力電圧などが設定される。なお、第一レベルＬ１の設定は、ユーザが操作パネル２１から直接入力する構成に限られない。例えば、マイコン１２は、ユーザの入力などに基づいて出力端子１４に接続された電圧計１６などの外部機器を認識して、その結果に基づいて不揮発性記憶装置２０に記憶されている第一レベルＬ１を読み込む構成としてもよい。
【００２６】
参照抵抗値ＲrefＨは、過熱保護動作の要否判断の閾値となるＰＴＣサーミスタ１７の抵抗値であり、出力端子１４に接続されるＰＴＣサーミスタ１７の特性に合わせて設定される。ユーザは、抵抗値に代えて過熱保護の要否判断の閾値となる温度を入力してもよい。この場合、マイコン１２は、入力された温度に基づいて、不揮発性記憶装置２０に予め記憶されているＰＴＣサーミスタ１７の温度−抵抗特性から参照抵抗値ＲrefＨとなる抵抗値を算出する。
【００２７】
ステップＳ２では、ユーザにより、制御パラメータとしてパルス信号の電圧Ｖ０の第二レベルＬ２が設定される。そして、ステップＳ３において、マイコン１２は、第一レベルＬ１に対して第二レベルＬ２が適切に設定されているかを判断する。第二レベルＬ２が第一レベルＬ１以上である場合（ステップＳ３でＮＯ）は、第二レベルＬ２の設定が適切でないと判断して、ステップＳ６へ移行する。ステップＳ６では、例えば「Ｌ２を再設定して下さい」などの表示を操作パネル２１の液晶パネルに表示させて、ユーザに対して第二レベルＬ２の再設定を促す。この場合、文字メッセージではなく、数値やアルファベットによるコードを表示させてもよい。或いは音声などで報知する構成としてもよい。そして、ステップＳ２へ移行して、ユーザが第二レベルＬ２の再設定を行う。
【００２８】
ステップＳ３において、第二レベルＬ２が第一レベルＬ１未満である場合（ステップＳ３でＹＥＳ）は、第二レベルＬ２の設定は適切であると判断して、ステップＳ４へ移行する。ステップＳ４では、参照抵抗値ＲreｆＨおよび第二レベルＬ２に基づいて、（３）式から参照電圧ＶrefＨを算出する。この参照電圧ＶrefＨは、過熱保護動作の要否判断の閾値であり、パルス信号生成回路１３１のパルス信号の出力値が電圧Ｖ０であってＰＴＣサーミスタ１７の抵抗値Ｒｔが参照抵抗値ＲrefＨとなったときに、Ａ／Ｄ変換器１９へ入力される電圧値である。この場合、（３）式においてＶ１＝ＶrefＨ、Ｒｔ＝ＲrefＨ、Ｖ０＝Ｌ２として、参照電圧ＶrefＨを算出する。例えば、ＲrefＨ＝Ｒa＝Ｒｂ＝Ｒｃ＝１００Ωとすると、Ｌ２＝３０ＶのときはＶrefＨ＝６Ｖとなり、Ｌ２＝２０ＶのときはＶrefＨ＝４Ｖとなる。
【００２９】
ステップＳ４で参照電圧ＶrefＨが算出されると、ステップＳ５において、参照電圧ＶrefＨがＡ／Ｄ変換器１９の入力範囲である０−５Ｖの範囲内に設定されているか否かを判断する。参照電圧ＶrefＨがＡ／Ｄ変換器１９の入力範囲外である場合（ステップＳ５でＮＯ）は、ステップＳ６へ移行してユーザに対して再設定を促す。そして、ステップＳ２へ移行して、ユーザが第二レベルＬ２の再設定を行う。
【００３０】
ステップＳ５において、参照電圧ＶrefＨがＡ／Ｄ変換器１９の入力範囲内である０−５Ｖの範囲内にあれば（ステップＳ５でＹＥＳ）、ステップＳ７へ移行する。ステップＳ７では、インバータ主回路１１の動作を停止するか否かを判断する。この場合、図示しない停止スイッチが押されたことや停止信号の検出などを条件として、インバータ主回路１１の停止要因有りを判断すると（ステップＳ７でＹＥＳ）、ステップＳ１４へ移行してインバータ主回路１１の動作を停止する。一方、前記停止要因無しを判断した場合（ステップＳ７でＮＯ）は、ステップＳ８へ移行する。
【００３１】
ステップＳ８では、マイコン１２は、インバータ主回路１１から出力されている電流値などに応じて、外部機器この場合電圧計１６に表示させるために必要なパルス信号のＤｕｔｙを決定する。そして、ステップＳ９において、パルス信号のＤｕｔｙに基づいてパルス信号の第一レベルＬ１および第二レベルＬ２の出力期間を決定し、パルス信号出力回路１３からパルス信号を出力させる。
【００３２】
ステップＳ１０において、パルス信号の出力レベルが第一レベルＬ１の期間である場合（ステップＳ１０でＮＯ）は、ステップＳ９へ移行して第一レベルＬ１の出力を継続する。パルス信号の出力レベルが第二レベルＬ２になると（ステップＳ１０でＹＥＳ）、ステップＳ１１へ移行して、電圧検出部１８で検出される検出電圧Ｖ１をＡ／Ｄ変換器１９を介して読み込む。
【００３３】
そして、ステップＳ１２において、検出電圧Ｖ１と参照電圧ＶrefＨとを比較し、検出電圧Ｖ１が参照電圧ＶrefＨ以上でなければ（ステップＳ１２でＮＯ）、ステップＳ７へ移行してインバータ主回路１１の動作を継続する。また、検出電圧Ｖ１が参照電圧ＶrefＨ以上であれば（ステップＳ１２でＹＥＳ）、ステップＳ１３へ移行して、負荷であるモータが過熱状態にあることを検出する。そして、ステップＳ１４へ移行して、過熱保護動作としてインバータ主回路１１の動作を停止する。
【００３４】
このように本実施形態のインバータ装置１０は、一対の端子つまり出力端子１４および基準電位端子１５に、電圧計１６およびサーミスタ１７が並列に接続される。そして、パルス信号出力回路１３から出力されるパルス信号により、電圧計１６を駆動するとともにサーミスタ１７の抵抗値Ｒtを検出する構成としている。これにより、一の出力端子１４に、外部機器としての電圧計１６およびセンサとしてのＰＴＣサーミスタ１７の双方を並列に接続することが可能となる。その結果、同時に使用することのできる機器数を維持しつつ、切替スイッチを設けずに端子の数を削減して小型化が図られる。
【００３５】
（第二実施形態）
第二実施形態について、図４を参照して説明する。図４において、図１に示した内容と実質的に同一部分には同一符号を付している。
この第二実施形態のインバータ装置２２は、パルス信号出力回路２３が電流パルス信号を出力する点、および出力端子１４に外部機器としての電流計２４がＰＴＣサーミスタ１７に対して直列に接続されている点が、上記第一実施形態のインバータ装置１０とは異なっている。
つまり、この第二実施形態において、パルス信号出力回路２３は、内部の処理によってパルス信号を電流変換し、図２に示すような電流パルス信号を出力する。この場合、図２の縦軸において、電圧（Ｖ）は電流（Ｉ）と読み替える。そして、電流計２４は、第一実施形態の電圧計１６と同様に、パルス信号出力回路２３から出力されるパルス信号によって駆動されて、インバータ主回路１１が図示しないモータへ出力する電流や周波数などを表示する。
【００３６】
ここで、パルス信号出力回路２３から出力する電流をＩ０とし、電流計２４の内部抵抗をＲｄとすると、電圧検出部１８で検出される検出電圧Ｖ１は次の（４）式で表わされる。
【数４】
0005801597.tif 000005
【００３７】
また、具体的な制御内容については、第一実施形態と同様であり図３に示す通りであるが、この場合、図３における第一レベルＬ１および第二レベルＬ２は、それぞれパルス信号出力回路２３から出力される電流パルス信号の電流Ｉ０における第一レベルＬ１および第二レベルＬ２を示す。また、図３のステップＳ４においては、マイコン１２は、（４）式より、Ｖ１＝ＶrefＨ、Ｉ０＝Ｌ２として参照電圧ＶrefＨを算出する。
【００３８】
この第二実施形態の構成によれば、第一実施形態と同様に、一つの出力端子１４に、外部機器としての電流計２４およびセンサとしてのＰＴＣサーミスタ１７の双方を直列に接続することが可能となる。従って、インバータ装置２２は、同時に使用することのできる機器数を維持しつつ、切替スイッチを設けずに端子の数を削減して小型化が図られる。
【００３９】
（その他の実施形態）
以上説明した複数の実施形態に加えて以下のような構成を採用してもよい。
センサとしてＰＴＣサーミスタ１７を例に説明したが、ＮＴＣサーミスタなどその他の特性を持つサーミスタであっても同様に適用できる。また、電気的に抵抗性または容量性の出力インピーダンスを持つセンサであれば、他の種類のセンサであっても適用可能である。
【００４０】
以上説明した実施形態によれば、一つの端子に対して、外部機器およびセンサの双方を直列または並列に接続することができる。これにより、同時に使用することのできる機器数を維持しつつ、切替スイッチを設けずに端子の数を削減して小型化が図られる。
【００４１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４２】
図面中、１０、２２はインバータ装置、１３、２３はパルス信号出力回路、１４は出力端子、１５は基準電位端子、１６は電圧計（外部機器）、１７はＰＴＣサーミスタ（センサ）、１８は電圧検出部、２４は電流計（外部機器）を示す。
【図１】
0005801597.tif 000006
【図２】
0005801597.tif 000007
【図３】
0005801597.tif 000008
【図４】
0005801597.tif 000009